前段时间,有报道说,坐落在拉斯维加斯的韦达拉宾馆能产生死亡射线,这则故事一时间流传甚广。一般而言,一幢表面光亮、曲线型的建筑物会反射太阳光线,并将太阳光线聚焦成一个太阳能热点。其原理与用一面放大镜汇聚太阳光将蚂蚁杀死的原理异曲同工,只不过太阳能热点灼烧的是汽车和人。这种现象是因何而成的?建筑物成了一面二维的曲面镜。当远处有一个光源(譬如太阳)照射到这面曲面镜时,所有的光线都被反射汇聚到一点,这个点就被称为焦点。
如果光束平行(比如从一个遥远的光源),那么焦点将集中在一个距离曲面中心1/2半径处。但建筑物不是一个二维结构,它更像一个庞大的曲面圆柱体,而不是一条线。如果我想依照这样一个建筑建立一个物理模型,我必须以某种方式加以分解。
如果只用一面单一的、垂直而立的矩形镜子又会如何?有了这些垂直的镜子沿着一条曲线路径排列,这样一下子我就把这种特殊形状的建筑物模型建好了。
对于单一的一面矩形镜子,阳光照射下会形成一块形状为矩形的反射光线,如果镜面正朝太阳,反射后落到地面上的光线也将是矩形的。地面上的光亮区域的大小将取决于反射镜的大小和太阳在地平线上的角度。当太阳位于低空,反射面积要大一些,反之当太阳处在高空,光亮区域将变得较小。
为什么经过反射之后光亮区域的大小那么重要?光强,这就是原因。光强表示的是光每秒在单位面积上的能量,太阳光照射地球表面的光强是约1000W/m2。
如果反射镜是平面的,所有照射在矩形镜面上的太阳光能量将均匀地分布在反射区域中。因此,地面上一块很小的反射面积接受到的光强会比只有太阳直射的情况要高得多。
你想起来了吧?现在还只是一块矩形镜面的反射,更为关键是,现在有许许多多这样的平面镜,它们以一种特殊的曲面方式排列组合在了一起,地面反射光区域必然会有交叉重叠。
为了估算在该重叠点的光强,我需要更多的关于建筑物的细节。我假设这栋建筑高度是300英尺,可以容纳假想的30面镜子,每面10英尺宽。我进一步假设太阳光中的70%经由建筑物反射到地面,造成一块面积大小为10×15英尺的热点,这块热点的光强可以达到17000W/m2那么大。
17000W/m2的光强会造成哪些危害?我可以告诉你,在这个强度下,塑料会轻而易举地熔化。那和太阳能热狗电饭煲比呢?你还记得这个东西吗?基本上,它就是在内侧贴上反射层的一个纸箱而已,盒子的一侧开有一个透明的塑料盖。阳光照射进来以后对箱体内部进行加热。对于这种器具,工作原理就像温室效应一样:太阳的可见光可以穿过塑料盖。一旦加热热狗,热狗就散发出红外辐射,然而红外线是透不过塑料盖散逸到箱外的。
这样一架太阳灶的功率达到多少?如果你认为没有从太阳光聚焦光线,那这纯粹就是标准的1kW/m2的功率。但如果你假设所有的日光集中在热狗大小的区域里,单位面积的功率将取决于炉子的大小和热狗的大小。假设太阳灶的大小为30cm×30cm,热狗是1cm×10cm,即面积比为90:1。所以,如果所有的能量集中在热狗上,那强度就会达到每平方米90000W。我估算实际值的功率是20000W/m2左右,这与我们刚才计算出来建筑物达到的17000W每平方米的功率接近。
一栋建筑物真能形成一束死亡射线吗?是的,是完全可以的。我想建筑设计师在建造房屋的时候并不总是把这些与周围环境(如太阳)有关的互动因素纳入考虑。